從量子糾纏到量子通訊
什麼是信息？
信息的一個比較被認可的定義是1948年數學家香農在論文中提出的：信息是用來消除隨機不定性的東西。
比如，盒子里有一個硬幣，它可以是正面向上，也可以是反面向上，在打開前我們是不確定的。
然後我們打開盒子，我們眼睛看到的盒子硬幣反射出來的光就是一個信息，因為它可以讓我們消除正反面的不確定性，讓我們得到一個確定的結果。
通訊最重要的要素就是信息，所以如果這個過程中沒有涉及到信息的傳遞，那麼就不能稱為通訊。
而我們知道，信息傳遞的介質，光，聲音，引力波等等都是以小於等於光速的速度傳播的，這就是為什麼說信息傳遞的速度要低於光速了。
什麼是量子糾纏？
假如說一個盒子里有兩個硬幣，而這兩個硬幣的狀態是隨機的，那麼在打開盒子前，盒子裡面就有如圖的四種可能。
一個電子類似於硬幣，也是有兩種狀態，上旋和下旋。
一個盒子里有兩個電子，這兩個電子的狀態也是隨機的，那麼在打開盒子觀察前，盒子里的電子也是有如圖的四種可能。
但是電子特殊的一點是，當兩個電子靠的足夠接近的時候，它們兩個就可能發生一種變化，它們會釋放出一個光子，同時兩個電子進入了一個糾纏狀態。此時兩個電子就不是有四種可能，而是變成如圖的只有這兩種可能了，就是說兩個電子的狀態一定是相反的。
當我們把兩個電子分開，放到兩個很遠很遠的地方，這兩個電子的這種關係依舊會存在，當我們測量其中的一個電子，發現它比如是上旋的時候，那麼我們立刻知道，遙遠另一個地方的那個電子一定是下旋的。
這裡要注意一點，宏觀世界裡，在觀察前盒子里的硬幣是已經有了一個客觀存在的狀態的（比如是正面），可是對於微觀的電子來講，在測量前它是沒有一個客觀存在的狀態的，它是處於上旋和下旋的疊加狀態中，測量的過程才賦予了它一個確定的狀態。
一旦進行測量之後，兩個電子的糾纏態就會被打破了，變成了完全獨立的兩個電子了。
這就是量子糾纏，不僅是電子，光子，中子等等其他的粒子也同樣可以有量子糾纏的現象。
量子糾纏並不能用作超光速信息傳遞，是因為，無論我們對A電子作何種操作，B電子附近的人都是無法知道的，他們不知道我們是否對A進行了測量，也無法知道我們對A進行的任何其他操作。無論我們對A做了什麼，B處的人對B測量的時候都是有一半概率是上旋，一半概率是下旋。這個過程中沒有任何信息可以通過兩個電子之間進行傳遞。
那什麼是量子通訊？
量子通訊，更嚴格的講應該叫做量子加密通訊，這樣稱呼的話就沒有那麼多的歧義了。
在通訊的時候，我們為了讓信息保密，不被別人知道，常常會對信息進行加密。
有一個密鑰，是只有A和B知道的，利用這個密鑰，A把信息進行處理加密變成一段密文，這樣就算其他人截取了密文也不能知道A想傳遞的信息是什麼。而B收到信息之後，利用手上的密鑰把密文解密，就又得到了明文，知道A想傳遞的信息是什麼。
可是經典的加密通訊，非常可能被破解，敵人可能通過破解或其他途徑得知你們密鑰，這樣就可以隨意竊聽你們想傳遞的信息。
而量子加密通訊，理論上可以做到讓敵人永遠無法破解你們的通訊。
量子加密通訊有兩條傳輸通道，一條傳遞糾纏粒子對（通常是糾纏光子），一條利用電磁波傳輸經典的信息。
第一步，A和B首先對依次收到到糾纏光子對進行處理，通過一組隨機生成的偏振片。看是否能通過得到一組數據。
第二步，A和B互相把自己所用的偏振片組通過經典信息途徑傳遞傳遞給對方，這樣偏振片不相同的那些數據就被捨棄，A和B就得到了一組完全相同的，只有他們自己知道的密鑰。
第三步，B將所得到密鑰的一部分發給A，A檢測如果和自己的密鑰相符，那麼就證明這個過程中沒有其他人在監聽，兩邊的數據是有效的。（這一步後面會解釋。）
第四步，A將想傳遞的信息通過密鑰加密成密文，通過經典途徑傳遞給B，B用密文解密得到明文。
以上就是量子加密通訊的過程。
這裡要說明一下。
在經典的通訊中，我是可以截取本來應該發給B 的信息，然後偽造完全相同的信息再發給B，這樣A和B就無法發覺有人在監聽。
而在量子通訊中，因為粒子的量子狀態是無法複製的，一旦有人攔截了本應該發給B 的糾纏光子，他是無法複製出完全相同的一列光子發給B的，那麼第三步中，A就會發現B發給自己數據和自己手上的數據不相同，立刻可以發現有人在監聽。
所以說，從理論上，量子加密通訊是無法被破解的，可以做到絕對的安全。
還有一種更魔幻的量子糾纏應用，就是量子隱形傳輸。
量子隱形傳輸就是科幻電視電影里所說的傳送裝置。
假如我們用量子隱形傳輸來傳輸人（理論上可行，但是實際操作起來我覺得永遠都不可能做到）。
過程就是，A處和B處有大量互相糾纏的粒子，A處的人和糾纏粒子相互作用並被摧毀（根據量子學定律這是必然的）。一系列數據通過經典途徑以光速傳到B，然後遙遠的B處利用這些糾纏粒子和從A傳過來的數據生成了一個和A處完全相同的人，這個人擁有原來那個人所有的記憶和意識，他只覺得自己突然間從A 傳到了B。
怎麼理解量子隱形傳輸呢？
量子隱形傳輸，是一種容許我們把A處粒子的量子態傳輸給B處的一個粒子的技術。是一個很複雜很難理解的過程。這裡就不詳細描述。
我們這裡只介紹一種更加容易理解的情況。
那就是把一個已知狀態的粒子（比如上旋的電子），把它的狀態傳遞給遙遠地方的另一個電子。
第一步
我們需要在A和B有一對糾纏的電子，我們把A處的糾纏電子同需要傳輸的電子放到一起。
第二步
對這兩個挨著的電子進行測量，但是不是直接測量它們各自狀態，而是去測量比如它們兩個的狀態是相同還是不同。
第三步
如果A處兩個粒子的狀態是相同的，我們發出信息讓B處的人用磁場將糾纏粒子旋轉，於是B處的的糾纏粒子就變成了上旋。
如果A處兩個粒子的狀態是相反的，那麼我們發出信息告訴B處的人不用做任何操作，B處的糾纏粒子本身就是上旋的。
同樣，對於一個不知道量子態的電子，也是可以做到無損的把它的量子態傳輸給B處的某個電子的，只是過程要複雜的多。
而這一過程為什麼叫做隱形傳輸，是因為這個過程需要傳輸的信息（比如要B處進行旋轉操作，或者不操作）對於B以外的人是完全沒有任何意義的，你不可能從中得到任何信息，只有擁有另一個糾纏粒子的B才能讓這條信息變得有意義。
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